毕业设计（论文）-基于重量的数字式售货器的设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 编号： 毕业设计（论文）说明书 题 目：基于重量的数字式售货器设计 院 （系）： 机 电 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲 师 题目类型：题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2009 年 5 月 10 日 全套图纸加扣 3012250582 第第 I 页页 共共 页页 摘摘 要要 带有语音功能的数字式售货器是当今社会普遍使用的一款售货器，随着社会的发 展人们对售货器的功能和精度要求越来越高，这也是本人研究此课题的原因。 本文介绍一种基于 51 系列单片机的一种重量的数字式售货器的设计，选用适当的 方法扩展设计一个单片机系统，用以基于重量的数字式售货器的设计，在设计过程中 使用一些很常用芯片，并以最简单的方法来完成此次设计。本设计除了要求能够对称 重量的数字式显示之外，还要完成价格的转换计算，并具有标准语音报出的称重量、 单价及最终价格的功能。 所设计的售货器实现了通过按键对单价、价格进行播报，在液晶显示器中显示。 设计要求已基本达到，通过分析研究与最后的软件程序调试，实现了此系统的最优化 设计。 关键字：单片机；A/D 转换器；液晶显示屏；语音系统 全套图纸加扣 3012250582 第第 II 页页 共共 页页 Abstract With voice-enabled digital sales is commonly used in todays society a sale, with the social development of the sales functions and is getting higher and higher precision, this is my reason to study the subject. This paper presents a series of 51 based on the weight of a single-chip digital sales design, selection of appropriate methods to expand the design of a single-chip system that can be used based on the weight of sales of digital design, require apart from the weight of symmetrical figure can display but also the completion of the conversion price calculated with the standard voice reported that the weight, unit price and the final price, the use of 51 series single-chip microcomputer to calculate and control through the LCD counter Finally screen to complete the preparation of procedures for the control function, to complete the circuit model of the design, production and debugging job. Learn and master the most common weight- based digital sales system working principle and basic features. Requirements of the design work can be completed to said weight, unit price, total price of the real-time display. The adoption of this design is I know a lot of knowledge，For example, sensor applications, the application of ADC, 4X4 key applications, the use of amplifiers as well as to enlarge the process of identifying the various chip reference voltage, liquid crystal display applications. We do complete set up to do a design not only to understand the process to complete the task of the teacher and, more importantly, we need to do to complete the period established by the Institute should pursue that line of thought, methods, learning is the complete set of these principal goal. 全套图纸加扣 3012250582 第第 III 页页 共共 页页 Keywords: Single-chip;A / D converter; LCD display;voice system 目录 引言引言.1 1 绪论绪论.2 1.1 课题背景和意义.2 1.2 数字式售货器国内外研究现状.2 2 方案论证与确定方案论证与确定.4 2.1 控制器部分.4 2.2 数据采集部分.4 2.2.1 传感器.4 2.2.2 前级放大部分.7 2.2.3 A/D 转换器.8 2.3 人机交互界面.9 2.3.1 按键.9 2.3.2 显示界面.10 全套图纸加扣 3012250582 第第 IV 页页 共共 页页 2.3 语音芯片部分.12 3 系统的硬件电路设计系统的硬件电路设计.13 3.1 AT89S51 单片机概述.13 3.1.1 AT89S51 单片机的主要性能.13 3.1.2 AT89S51 单片机主要功能模块.18 3.2 系统的结构模块.19 3.2.1 51 单片机最小应用系统.19 3.2.2 系统电源电路.20 3.2.3 系统的信号采集电路.21 3.2.4 系统的人机交互电路.22 3.2.5 系统的语言电路.22 3.3 电路板制作.25 4 系统的软件设计系统的软件设计.26 4.1 主程序设计.26 4.2 按键扫描子程序设计.27 4.3 A/D 采集转换显示的流程图.28 5 结论结论.30 谢谢 辞辞.31 参考文献参考文献.32 附附 录录.33 全套图纸加扣 3012250582 第第 1 页页 共共 53 页页 引言 随着科技革命，传感器技术的迅速发展，单片机的出现，电子秤走进的人们的生 活电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂，由粗糙到精密，由机 械到机电结合再到全电子化，由单一功能到多功能的过程。特别是近 30 年以来，工艺 流程中的现场称重，配料定量称重，以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电 信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量值的信号，而且也能作为 总系统中的一个单元承担着控制与检验功能，从而推动工业生产和贸易交往的自动化 和合理化。 近年来，电子衡器已愈来愈多地参与到数据处理和过程控制之中。现代称重技术 和数据系统已经成为工艺技术，储运技术，预包装技术，收货业务及商业销售领域中 不可缺少的组成部分。我国的衡器在 20 世纪 40 年代以前还全是机械式的，40 年代开 始发展了机电结合式的衡器。50 年代开始出现了称重传感器为主的电子衡器。由于称 重传感器各项性能不断有新的突破。为电子秤的发展奠定了基础。国外如美国，西欧 等一些国家在 20 世纪 60 年代就出现了 0.1%称重准确度的电子秤，并于 70 年代中期约 对 75%的机械秤进行了机电结合式的电子化改造。到目前为止，电子秤的发展方兴未艾， 并向着群控，程控和智能化猛进。 全套图纸加扣 3012250582 第第 2 页页 共共 53 页页 1 绪论 进入 21 世纪后，随着传感技术的发展，传感器已经成为各个应用领域，特别是自 动检测，自动控制系统中不可缺少的重要技术工具。伴随着微机（单片机）的发展， 传感技术的应用已经逐步得到更广泛的认同，应用于现在各个高科技的行业，而超声 波传感器技术应用于冶金、船舶、机械、医疗等各个工业部门的超声清洗、超声焊接、 超声加工、超声检测和超声医疗等方面，取得了很好的社会效益和经济效益。 1.1 课题背景和意义 从单片机近年的发展趋势来看，单片机正朝着多层次用户、多品种、多规格、高 性能方向发展，现在许多公司根据市场的要求不失时机的研制并推出各种优秀的单片 机。在实时控制系统、军工产品和一些高级家用电器等领域，需要高性能单片机，以 满足其功能、速度、可靠性方面的特殊要求。这些单片机的高性能主要体现在 CPU 功 能加强，内部资源增加，寻址范围增大。而简单的家用电器、智能玩具、仪表仪器、 智能 IC 卡等对单片机功能要求不高。那些小型、低耗能、廉价的单片机就具有明显的 优势和市场需求，它们也将是未来市场的重要角色，有着广阔的应用前景。51 单片机 结合两类单片机的特点，广泛应用于语音识别类产品，仪器仪表，家电产品，自动售 货机，智能语音交互式玩具，高级亦教亦乐类玩具，儿童电子故事书类产品，通用语 音合成器类产品，需较长语音持续时间类产品。 随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐由传统的控制扩展转变为控制 处理、数据处理以及数字信号处理等领域。51 单片机就是为适应这种发展而设计的， 51 单片机不仅具有单片机的基本功能，并且在语音识别和处理方面有独到之处，它的 开发环境简单，便于学习和实践，应用十分广泛。因此我们应该结合教学实践，掌握 系统设计的方法和开发技能，设计出有特色的智能语音产品并将其应用到实际生活中 去。 1.2 数字式售货器国内外研究现状 50 年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60 年代初期出现机电结合 式电子衡器以来，经过 40 多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型 发展到现在的全电子型和数字智能型。我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本 达到国际 90 年代中期的水平。电子衡器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术 从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参 数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。但就总体而 言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距 全套图纸加扣 3012250582 第第 3 页页 共共 53 页页 是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格 较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况 及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化； 其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量 的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。 体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。近几年新研制的电子平台秤结构充分体现 了小薄轻的发展方向。对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可采用将薄型或超薄 型的圆形称重传感器，直接嵌入钢板或铝板底面与称重传感器外径相同的盲孔内，形 成低外形的秤体结构，称重传感器的数量和位置由秤的额定载荷和力学要求计算决定。 钢板或铝板就是秤体的台面，称重传感器既是传感元件，又是承力支点，极大地减化 了秤体结构，减少了活动连接环节，不但降低了成本，而且提高了稳定性和可靠性。 对中等或较大容量的电子平台秤、电子地上衡，已经出现了采用方形或长方形闭合截 面的薄壁型钢，并联排队列焊接成一个整体的竹排式结构的秤体，4 个称重传感器分别 安装在最外边两根薄壁型钢两端的切口内，安装在称重传感器承力点上的固定支承就 是秤体的承力支点，既减化了承力传力机构，又节省了秤体高度，这是一种很有发展 前途的秤体结构。对于大型电子平台秤，可利用有限单元法进行等强度和刚度计算， 采用抗弯刚度大的型材和轻型波纹夹心钢板等。对于大型或超大型的承载器结构，如 大型静动态电子汽车衡等，已开始采用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合， 而产生新的品种和规格。以（5、6、7）m 长的同宽度 3 种标准模块为例，由单块、二 块、三块到四块分体组合，可以组合成长度为（528）m 的 22 种规格的分体式秤体 结构。当然在实际应用中，根据各行业用户的需要，选择其中 10 余种常用的标准规格 即可。这种模块化的分体式秤体结构，不仅提高了产品的通用性、互换性和可靠性， 而且也大大地提高了生产效率和产品质量。同时还降低了成本，增强了企业的市场竞 争能力。 对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态 电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感 器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。 如秤体与称重传感器一体化的便携式静动态电子 轮轴秤，多用硬铝合金厚板制成。其结构原理是经过固溶热处理强化的铝合金板，或 通过在 4 个角上钻孔和铣槽分别形成 4 个悬臂梁型称重传感器；或在铝合金板的底面 铣出多个对称的盲孔和盲槽形成整体剪切梁型称重传感器。这就使得秤体与称重传感 器合二为一，即铝合金板既是秤体台面又是一个大板式称重传感器。以后者结构的 10t 便携式动态电子轮轴秤为例，其尺寸为 720mm550mm32mm，重量约为 23kg。电子 衡器的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控 制器的功能。使电子衡器在原有功能的基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、 自组织等功能，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子衡器与采用智能 全套图纸加扣 3012250582 第第 4 页页 共共 53 页页 化称重显示控制器的电子衡器的根本区别。 2 方案论证与确定 2.1 控制器部分 本系统基于 51 系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。不 宜采用大规模可编程逻辑器件：CPLD、FPGA 来实现。另外系统没有其它高标准的要 求，我们最终选择了 AT89S51 通用的比较普通单片机来实现系统设计。内部带有 8KB 的程序存储器，在外面扩展了 32K 数据存储器，以满足系统要求。 2.2 数据采集部分 2.2.1 传感器 电阻应变片力传感器：电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电 信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多 的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔 状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上， 当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变， 从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小， 一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理 电路（通常是 A/D 转换和 CPU）显示或执行机构。 电阻应变片的工作原理：金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电 阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用 下式表示：R=L/S 式中：金属导体的电阻率（cm2/m） S导体的截面积（cm2） L导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生 变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸 长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时， 长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻 两端的电压） ，即可获得应变金属丝的应变情况。 题目没有要求具体的称重范围，我们选择最大量值为 10 千克。我们选择的是 L- PSIII 型传感器，量程 10Kg，精度为 0.01%，满量程时误差0.002Kg,可以满足系统的 全套图纸加扣 3012250582 第第 5 页页 共共 53 页页 精要求，其原理图 2-1 压力传感器原理图。 图 2-1 压力传感器原理图 称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥， 当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出： 压力传感器性能测试：为了精确测量弹性元件受到的外施压力，我们设计使用惠 斯通电桥电路，当弹性基片受到压力作用时，敏感栅将产生的应变转换成栅条电阻值 的变化，再通过电桥电路输出信号。测试条件为：供桥电压 5V，01000g 压力范围内 进行加载、卸载性能测试。表 2-1 给出了压力传感器的性能测试。 全套图纸加扣 3012250582 第第 6 页页 共共 53 页页 表 2-1 石英压力传感器性能测试 分析表 2-1 的两次测试数据可知，在传感器性能测试中，两次测量结果几乎相同， 为使测试结果直观、清晰地说明问题，将表 1-1 所得数据绘制成如图 2-2 所示的输出 电压-压力曲线；从表 1-1 可知我们选用的压力传感器的压力-应变线性很好，其工作 点与拟和直线非常接近，这一特性保证了该传感器具有测试准确的特点。 U1 / mVU1 / mV G / g 第一次第二次 G / g 第一次第二次 03.1463.1462503.3133.314 103.1533.1533003.3463.348 203.1603.1603503.3803.382 303.1663.1674003.4133.416 403.1733. 1744503.4463.446 503.1803.1815003.4803.484 603.1873.1885503.5133.518 703.1933.1956003.5463.552 803.2003.2026503.5803.586 903.2073.2097003.6123.620 1003.2133.2167503.6463.654 1503.2463.2468003.6803.688 2003.2803.2808503.7123.722 全套图纸加扣 3012250582 第第 7 页页 共共 53 页页 图 2-2 压力传感器的压力-应变线性 2.2.2 前级放大部分 AD620 是一个集成单电源仪表放大器，它能在单电源（+3V 到+12V）下提供满电 源幅度的输出。AD620 允许使用单个增益设置电阻进行增益编程，以得到更好的用户 灵活性，且符合 8 引脚的工业标准引脚配置。在无外接电阻条件下，AD620 被设置为 单位增益（G=1） ，在接入外接电阻后，AD620 可编程设置增益，其增益最高可达 1000 倍。AD620 通过提供极好的随增益增大而增大的交流共模抑制比（AC CMRR）而保持 最小的误差。 噪声及谐波将由于共模抑制比（CMRR）在高达 200Hz 时仍保持恒定而受到抑制。 AD620 具有较宽的共模输入范围，它可以放大具有低于地电平 150mV 共模电压的信号， 虽然 AD620 是按照工作于单电源方式进行的优化设计，但当它工作于双电源（2.5V 至6.0V）时，仍然能提供优良的性能。低功耗（3V 时 1.5mW） 、宽电源电压范围、 满电源幅度输出，使 AD620 成为电池供电应用的理想选择。在低电源电压下工作时， 满电源幅度输出级使动态范围达到最大。AD620 可取代分立的仪表放大器设计，且在 最小的空间内提供很好的线性度、温度稳定性和可靠性。AD620 出现以前，仪表放大 器的性能都达不到如此水平。 图 2-3 AD620 的基本连接电路，+VS 和-VS 端接电源，电源可以是双极性 全套图纸加扣 3012250582 第第 8 页页 共共 53 页页 （VS=2.5V 到6V） ，也可以是单电源（+VS=3.0V 到 12V，-VS=0） 。电源须在靠近 器件电源引脚处加电容去耦。去耦电容最好选用 0.1F 表面安装的陶瓷片状电容和 10F 的钽电解电容。 图 2-3 AD620 基本连接电路 2.2.3 A/D 转换器 由上面对传感器量程和精度的分析可知： A/D 转换器误差应在 0.03%以下 8 位 A/D 精度： 10Kg/256=39.06g 12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=2.44g 考虑到其他部分所带来的干扰 ,8 位 A/D 无法满足系统精度要求。所以我们需要选 择 12 位或者精度更高的 A/D。MAX1241 是 MAXIM 公司推出的一种串行 A/D 转换器， 具有低功耗、高精度、高速度、体积小、接口简单等优点.MAX1241 是一种单通道 12 位逐次逼近型串行 A/D 转换器，功耗低，转换速度快。 下图 2-4 MAX1241 外围电路。其中，1 脚是电源输入端，电源电压范围为 2.75.25V。2 脚是模拟信号输入端，输入电压范围是 0VVREF，1241 可以在 9s 内实现将输入信号转换为数字信号。3 脚是关断控制输入端，利用其可实现 1241 两种 工作模式的切换，将 3 脚外接低电平，1241 工作于关断模式，输入电流可减少至 10A 以下，处于节能状态；若外接高电平，1241 是标准工作模式，可实现模数转换。管脚 4 是基准电压，需外接 4.7F 的电容。5 脚是接地端。管脚 6 是数据输出端，当其由 0 翻转为高电平时，表示数据转换完成，可以读数据了。7 脚是片选端，低电平有效。管 脚 8 是外部读数时钟脉冲输入端，最高频率可达 2.1MHz，当数据转换完成，输入外 部读数时钟，每个读数时钟脉冲的上升沿读出一位数据，数据读出的顺序是由高位到 低位，第一个读数时钟脉冲的下降沿表示数据输出开始，1241 是 12 位模数转换器， 所以要完整的读出转换数据，至少需要外部输入 13 个脉冲。 全套图纸加扣 3012250582 第第 9 页页 共共 53 页页 图 2-4 MAX1241 外围电路 2.3 人机交互界面 2.3.1 按键 本系统采用的是 4X4 矩阵键盘，在键盘中按键较多时，为了减少 I/O 口的占用， 通常将按键排列成矩阵形式，如下图所示。在矩阵键盘中，每条水平线和垂直线的交 叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如 P1 口）就可以构 成 4X4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明 显，比如再多加一条线就可以构成 20 键的键盘，而直接的端口线则只能多出一键（9 键） 。由此可见，在需要的键数比较多的时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结 构的键盘显然比直接法要复杂一些，图 2-5 4X4 按键原理图中，列线通过电阻接正电 源，并将行线所接的单片机的 I/O 口作为输出端，而列线所接的 I/O 口则作为输入。这 样，当按键没有按下时，所用的输出端都是高电平，代表无按键按下。行线输出是低 电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知 是否有键按下。 图 2-5 4X4 按键原理图 每个按键有它的行值和列值 ，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的 全套图纸加扣 3012250582 第第 10 页页 共共 53 页页 行线和列线分别通过两并行接口和 CPU 通信。每个按键的状态同样需变成数字量“0” 和“1”，开关的一端（列线）通过电阻接 VCC，而接地是通过程序输出数字“0”实现的。 键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还 要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动 态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别 按键。 2.3.2 显示界面 点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应 位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的 16 字节的内 容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当 （3FFH）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH， （001H） =00H， （002H）=00H，（00EH）=00H， （00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示 一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本原理。 用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找 到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为 “1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内 带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式， 根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标， 在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提 取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件） ，每个汉字占 32B，分左右两半，各 占 16B，左边为 1、3、5右边为 2、4、6根据在 LCD 上开始显示的行列号及 每行的列数可找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节， 光标位置加 1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到 32B 显示完就 可以 LCD 上得到一个完整汉字。1602 字符型 LCD 字符型液晶显示模块是一种专门用 于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的 模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示器为例，介绍其用法。 一般 1602 字符型液晶显示器实物由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那 种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮 点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。液晶显示器都是数字式的，和单片机系统 的接口更加简单可靠，操作更加方便。 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子 状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 相对而言， 全套图纸加扣 3012250582 第第 11 页页 共共 53 页页 液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其它显示器要 少得多。 本系统采用的是 LCD1602 液晶显示，下图 2-6 LCD1602 与 51 单片机的连接图。 图 2-6 LCD1602 与 51 单片机连接图 其中: 第 1 脚：VSS 为地电源 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源 第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度 最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以 读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。 另外引脚A和K为背光引脚,A接正,K接负便会点亮背光灯. 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字 符图形，如表 1 所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、 和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是 全套图纸加扣 3012250582 第第 12 页页 共共 53 页页 01000001B（41H） ，显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看 到字母“A”。 2.3 语音芯片部分 APR9600 语音录放芯片，是继美国 ISD 公司以后采用模拟存储技术的又一款音质好、 噪音低、不怕断电、可反复录放的新型语音电路，单 片电路可录放 32-60 秒，串行控制时可分 256 段以 上，并行控制时最大可分 8 段。与 ISD 同类芯片相 比它具有：价格便宜，有多种手动控制方式，分段 管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放 音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能 等特点，同时保留了 ISD2500 芯片的一些特点，都 是 DIP28 双列直插塑料封装，在管脚排列上也基 相同。缩略图为右图 2-7APR9600 引脚图。 图 2-7 APR9600 引脚图 表 2-2 为管脚功能说明。 APR9600 的每种操作模式都有对应的有效键，而且同一个键在不同操作模式下可能 有不同的功能。因此在芯片设计、使用前用户应详尽了解芯片的各种操作模式，选择 最合适自己的方式设计，电路也会变得非常简单。 一、并行控制模式 在 ISD 芯片中要实现某键对某段的多段并行控制是十分复杂的，一般需要大量的 二极管译码阵或单片机来辅助实现，另外在分段录音时也存在很多困难。而在 APR9300 芯片中却十分简单，每段都有对应的键控制，按哪一键就录、放哪一段，而且可以方 便地对任意一段重新录音不影响其它段、对任意一段循环放音等。只是每段录音的最 全套图纸加扣 3012250582 第第 13 页页 共共 53 页页 大时间是等分的，而且最多只能分八段。下面以并行 8 段为例说明：并行 8 段控制需 要将全功能应用电路板上拨码开关的的第 2、3、4 开关全部向下拨，模式置好后准备 录音，将拨码开关的第 1 位置向上拨，压住/M1 即听嘀一声，即开始录音第一段，松 键时又听到嘀一声即录音停止。M2M8 分别录其他 7 段。录音时可以不按顺序，先 录任意一段均可，不满意可重新录音。每段的最大时间为 7.5 秒（以全片 60 秒录音计） ，录满时会嘀嘀响两声，当然实际每段录音可以长短不一。将拨码开关的第 1 位置 向下拨即是放音状态，按一下 M1 即放音第一段，放音期间再按一下/M1 即停止放音， 如果压住/M1 键不放即循环放音第一段直到松键。M2M8 均分别控制第 28 段。CE 键 为停止键，放音期间按一下它也能停止放音。 二、串行控制模式 串行控制方式用到的键要少得多，它仅需要一、二个键来控制所有的语音段录放， 而且段数可以足够多，每段也没有时间限制。只是在选段上没有并行控制模式方便。 将全功能应用电路板上拨码开关的第 2 位开关向下拨，第 3 位开关向上拨，第 4 位开 关向上拨，将拨码开关的第 1 位置向上拨进入录音模式，按住/M1 即开始录第一段，松 键即停止。再按住/M1 即录第二段，如此一直分段录音，直到芯片溢出。在放音时 （/RE=1）有两种状态，/M8 置 1 为串行顺序控制方式，按一下/M1 即放音第一段，再 按一下即放第二段，如此顺序逐段放音，到最后一段结束时即停止放音，必须按一下 CE 键复位，然后再按/M1 键就可以又从第一段放音。这种方式下的段不可选择只能按 录音的顺序播放，适合走马灯、流程控制等电路使用；/M8 置 0 为串行选段控制方式， 按一下/M1 只能放音第一段，再按还是放音第一段。这时的/M2 有效成为快进选段键， 每按一下/M2 即向后移动一段，例如现在按了三下/M2，再按/M1 就放音第四段。因此 可以实现选段放音。按/CE 键复位为第一段。 3 系统的硬件电路设计 3.1 AT89S51 单片机概述 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In- system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引 脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型 计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 3.1.1 AT89S51 单片机的主要性能 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 全套图纸加扣 3012250582 第第 14 页页 共共 53 页页 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和 256bytes 的随机存取数据存储 器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89S51 单片机适合于许 多较为复杂控制应用场合。 AT89S51 有 40 个引脚，如图 3-1 AT89S51 引脚图， 32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个 外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串 行通信口，2 个读写口线，AT89C52 可以按照常规方法 进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 它的主要功能特性如下表所示： 表 3-1 主要功能特性表 图 3-1 A